Работа в термодинамике

Тема: Внутренняя энергия. Работа в термодинамике.

Дата: 30.03.2020 г.

Студенты должны знать: понятия внутренней энергии и работы в термодинамике.

Студенты должны уметь: применять полученные знания при решении задач и на практике, привести примеры взаимных превращений механической и внутренней энергии в быту и в технике.

План

1. Внутренняя энергия в термодинамике.

2. Работа в термодинамике.

3. Решение задач.

 

Внутренняя энергия в термодинамике.

Внутренняя энергия в термодинамике определяется как сумма кинетических энергий хаотического (теплового) движения частиц вещества (атомов, молекул, ионов), из которых состоит тело, и потенциальных энергий их взаимодействия.

Внутреннюю энергию обозначают символом U.

Единица внутренней энергии в СИ — джоуль: [А ] = 1 Дж.

Особенности внутренней энергии идеального газа:

Атомы и молекулы идеального газа практически не взаимодействуют друг с другом, поэтому внутренняя энергия идеального газа равна кинетической энергии поступательного и вращательного движений его частиц.

Внутренняя энергия данной массы идеального газа прямо пропорциональна его абсолютной температуре.

Для одноатомного идеального газа:

Внутренняя энергия — функция состояния системы, то есть она однозначно определяется основными макроскопическими параметрами (р, V, Т), характеризующими систему. Независимо от того, каким образом система переведена из одного состояния в другое, изменение внутренней энергии будет одинаковым.

Внутреннюю энергию можно изменить двумя способами: совершением работы и теплопередачей.

 

Работа в термодинамике.

Внутренняя энергия газа может изменяться, если действующие на него внешние силы совершают работу (положительную или отрицательную). Например, если газ сжимают (газ совершает отрицательную работу) и он при этом не отдает энергию окружающей среде, то скорость движения молекул газа, а соответственно, и внутренняя энергия, и температура газа увеличиваются. И наоборот: если газ расширяется (то есть совершает положительную работу), то скорость движения молекул, температура и внутренняя энергия газа уменьшаются.

Работа газа при его изобарном расширении равна:

.

При изобарном сжатии (рис. 37.2, б) работа газа отрицательна и тоже вычисляется по формуле , причем изменение объема < 0.

При изохорном процессе (V=const)  газ работу не совершает.

Решение задачи.

 

Чему равна работа, совершённая газом в количестве 3 моль при сжатии, если температура увеличилась на 100 К? Потери тепла не учитывайте.

Р е ш е н и е.

При сжатии внешняя сила совершает положительную работу, за счёт которой происходит изменение внутренней энергии и соответственно температуры газа, т. е. А = ΔU.

Изменение внутренней энергии

Работа, совершённая силой давления газа:

.

Контрольные вопросы:

1. Какие способы изменения внутренней энергии вы знаете?

2. Зависит ли совершенная газом работа от способа его перехода из одного состояния в другое? Обоснуйте свой ответ.

3. Кислород массой 320 г нагревают изобарно от -20 до 27 °С. Определите работу газа в ходе этого процесса.

Литература:

Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Чаругин В.М. Физика. Учебник для 10 кл. – М., «Просвещение», 2017 (в электронном варианте http://11book.ru/10-klass/234-fizika/1630-fizika-10-klass-myakishev)

 

ВНИМАНИЕ!!!

Уважаемые студенты, на вопросы необходимо ответить в рабочей тетради (сфотографировать) или в формате Документа Word. Отправлять для проверки в личные сообщения на страницу ВКонтакте: https://vk.com/:  https://vk.com/id591468583.

 

 

Преподаватель: Потемкина Татьяна Пантелеймоновна.